Что такое номинальный ток в электротехнике

Толковый словарь русского языка академика Ожегова объясняет значение слова «номинальный», как обозначенный, называющийся, но не исполняющий своих обязанностей, назначения, то есть фиктивный.

Это определение довольно точно поясняет электротехнические термины номинального напряжения, тока и мощности. Они вроде бы есть, назначены и определены, но на самом деле служат только как ориентиры для электриков. Действительные численные выражения этих параметров в реальности отличаются от назначенных величин.

К примеру, всем нам хорошо знакома переменная однофазная сеть с напряжением 220 вольт, которое считается номинальным. На самом деле его величина по ГОСТ может достигать только до верхнего предела 252 вольта. Так действует государственный стандарт.

Такая же картина просматривается и с номинальным током.

Принцип определения номинального тока

За основу выбора его величины взят максимально возможный тепловой нагрев электрических проводников, включая их изоляцию, которые должны неограниченно долгое время надежно работать под нагрузкой.

При номинальном токе поддерживается тепловой баланс между:

нагревом проводников от температурного воздействия электрических зарядов, описанным действием закона Джоуля—Ленца;

охлаждением за счет отвода части тепла в окружающую среду.

При этом тепло Q1 не должно оказывать влияние на механические и прочностные характеристики металла, а Q2 — на изменение химических и диэлектрических свойств слоя изоляции.

Даже при небольшом превышении номинального значения тока через какой-то промежуток времени потребуется снимать напряжение с электрооборудования для охлаждения металла токовода и изоляции. В противном случае их электротехнические свойства нарушатся и возникнет пробой диэлектрического слоя или деформация металла.

Любое электрическое оборудование (включая источники тока, его потребители, соединительные провода и системы, защитные устройства) рассчитывается, проектируется и изготавливается под работу при определенном номинальном токе.

Его величина указывается не только в технической заводской документации, но и на корпусе или шильдиках электрооборудования.

На приведенной фотографии четко видны величины номинального тока 2,5 и 10 ампер, которые выполнены методом штамповки при изготовлении электрической вилки.

С целью стандартизации оборудования ГОСТом 6827-76 введен в действие целый ряд значений номинальных токов, при которых должны работать практически все электроустановки.

Как подбирается защитное устройство по номинальному току

Поскольку номинальный ток определяет возможность длительной работы электрооборудования без каких-либо повреждений, то все защитные устройства по току настраиваются на срабатывание по его превышению.

На практике довольно часто встречаются ситуации, когда на непродолжительный период в схеме питания возникает перегрузка по различным причинам. При этом температура металла проводника и слоя изоляции не успевают достичь того предела, когда возникает нарушение их электротехнических свойств.

По этим причинам зона перегруза выделена в отдельную область, которая ограничивается не только величиной, но и продолжительностью действия. При достижении критических температурных значений слоя изоляции и металла проводника напряжения с электроустановки должно сниматься для ее охлаждения.

Эти функции выполняют защиты от перегруза, работающие по термическому принципу:

Они воспринимают тепловую нагрузку и настраиваются на ее отключение с определенной выдержкой времени. Уставка защит, выполняющих «мгновенную» отсечку нагрузки, лежит чуть выше тока перегрузки. Термин «мгновенная» на самом деле определяет действие за минимально возможный промежуток времени. Для современных самых быстрых токовых защит отсечка выполняется за время, чуть меньшее 0,02 секунды.

Рабочий ток в обычном режиме питания чаще всего по своей величине меньше номинального.

В приведенном примере разобран случай для схем переменного тока. В цепях постоянного напряжения принципиального отличия соотношений между рабочим, номинальным током и выбором уставок для работы защит нет.

Как настроен автоматический выключатель для работы по номинальному току

В защитах промышленных устройств и бытовых электросетей наибольшее распространение получили автоматические выключатели, которые совмещают в своей конструкции:

тепловые расцепители, работающие с выдержкой времени;

токовую отсечку, очень быстро отключающую аварийный режим.

При этом автоматические выключатели изготавливаются на номинальное напряжение и ток. По их величине выбирают защитные устройства для работы в конкретных условиях определенной схемы.

Для этого стандартами определены 4 типа времятоковых характеристик для разных конструкций автоматов. Они обозначаются латинскими буквами А, В, С, D и созданы для гарантированного отключения аварий с кратностью тока номинального режима от 1,3 до 14.

Автоматический выключатель по времятоковой характеристике с учетом температуры окружающей его среды подбирается под определенный вид нагрузки, например:

схемы со смешанными нагрузками и умеренными пусковыми токами;

цепи с большой перегрузочной способностью.

Времятоковая характеристика может состоять из трех зон действия, как показано на картинке, или двух (без средней).

Обозначение номинального тока можно найти на корпусе автомата. На картинке показан выключатель на котором обозначена величина 100 ампер.

Это означает, что он сработает (отключится) не от номинального тока (100 А), а от его превышения. Допустим, если отсечка автомата настроена на кратность 3,5, то ток величиной 100х3,5=350 ампер и более будет ею остановлен без выдержки времени.

Когда же тепловой расцепитель настроен на кратность 1,25, то при достижении значения 100х1,25=125 ампер отключение произойдет через какое-то время, например, один час. При этом схема этот период будет работать с перегрузом.

Следует учитывать, что на время отключения автомата влияют и другие факторы, связанные с поддержанием температурного режима защиты:

условия окружающей среды;

степень заполнения распределительного щитка аппаратурой;

возможности нагрева или охлаждения от посторонних источников.

Как подбирается электропроводка и автоматический выключатель по номинальному току

Для определения основных электротехнических параметров защит и проводов в обязательном порядке учитывается приложенная к ним нагрузка. Для этого проводят ее расчет по номинальной мощности подключенных в работу приборов с учетом коэффициента их занятости.

Например, к розеточной группе, расположенной на кухне, подключены в работу посудомоечная машина, мультиварка, электродуховка и микроволновая печь которые потребляют суммарную мощность в обычном режиме 5660 ватт (с учетом периодичности включений).

Номинальное напряжение бытовой сети 220 вольт. Определим ток нагрузки, который будет проходить через провода и защитные устройства делением мощности на напряжение. I=5660/220=25,7 А.

Далее смотрим таблицу ряда номинальных токов для электрооборудования. В ней автоматического выключателя на такой ток нет. Но, производители выпускают автоматы на 25 ампер. Его величина ближе всего соответствует нашим задачам. Поэтому его и выбираем за основу защитного устройства для электропроводки потребителей розеточной группы.

После этого нам необходимо определиться с материалом проводов и поперечным сечением. Возьмем за основу медь, поскольку алюминиевая проводка даже в бытовых целях уже не пользуется популярностью из-за своих эксплуатационных характеристик.

В справочниках электриков приводятся таблицы подбора проводов из разных материалов по токовой нагрузке. Возьмем наш случай с учетом того, что проводка выполняется отдельным кабелем с полиэтиленовой изоляцией, спрятанным в штробу стен. Температурные пределы примем соответствующими комнатным условиям.

Таблица нам представит сведения, что минимально допустимое поперечное сечение стандартного медного провода для нашего случая — 4 мм квадратных. Меньше брать нельзя, но лучше его увеличить.

Иногда возникает задача подбора номинала защит под уже работающую проводку. В этом случае вполне оправданно определить электроизмерительным инструментом ток нагрузки сети потребителей и сравнить его с тем, который рассчитан вышеприведенным теоретическим методом.

Таким способом термин «номинальный ток» помогает электрикам ориентироваться в технических характеристиках электрооборудования.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Выбор автоматического выключателя по номинальному току срабатывания

На вводе в любую квартиру в обязательном порядке устанавливается устройство для защиты от перегрузки и токов короткого замыкания. Как правило, эти задачи выполняют автоматические выключатели. Для правильной их установки необходимо уметь отличать номиналы автоматических выключателей.

Где и как применяются автоматические выключатели

Автоматические выключатели предназначены для защиты электрических сетей от перегрузок и токов короткого замыкания. За счет надежности и простоты подключения они получили широкое распространение в бытовых электросетях.

Автоматы для защиты электросети

Автоматы присутствуют практически в каждом квартирном электрощите. Не реже они встречаются в щитах защиты промышленного оборудования, электрических двигателей и различных передвижных установках.

Номинальный ток автомата

У разных электроприборов потребляемая мощность способна отличаться в тысячи раз. Соответственно неодинаков и рабочий ток. К примеру, обычная квартира в жилом доме потребляет до 16-32 А. Поэтому автомат защиты квартирной сети подбирается на аналогичный номинал. Мощные промышленные печи способны потреблять от энергосистемы сотни ампер. Соответственно автомат для них требуется на больший номинал.

Номиналы автоматических выключателей

Маркировка автомата

Согласно ПУЭ каждый аппарат защиты должен иметь надпись, указывающую значение номинального тока. Чтобы узнать номинал автомата, достаточно посмотреть на его корпус. На данных устройствах защиты используется стандартная маркировка, состоящая из одной буквы (B, C или D) и числа.

Буква указывает на временную характеристику. Ее еще называют временем срабатывания. Об этом параметре речь пойдет ниже. Число обозначает номинальный ток прибора. Например:

В быту обычно применяют выключатели с временными характеристиками B и C. В промышленности встречаются защитные устройства из ряда L, Z и K.

Дополнительная информация. В маркировке скрыта и другая информация об устройстве. Например, номер серии, номинальное рабочее напряжение, отключающая способность и количество полюсов.

Временная характеристика автоматических выключателей

В автоматических выключателях используется 2 вида расцепителей:

В некоторых автоматах применяется 1 расцепитель, в других оба. Различные комбинации этих узлов наделяют выключатель одной из вышеописанных характеристик B, C или D.

Ниже приведена таблица с временными характеристиками автоматов, их током отключения и сферой применения. In — номинальный ток, который указан на корпусе после буквы (16, 25, 32).

Примеры использования автоматов

Если заглянуть в квартирный электрощит, там наиболее вероятно будут установлены автоматы C16 или C25. В старых домах предусмотрена отдельная линия питания мощной электроплиты на кухне. Для нее предусмотрен автомат на 25 А.

Разновидности модульных устройств защиты

Помимо обычных автоматов в быту и промышленности часто встречаются и другие, родственные устройства. Они обладают определенными достоинствами перед простыми автоматическими выключателями.

Мини модели

Линейка устройств защиты широкого потребления. Устанавливаются в квартирные электрощиты. Данные приборы рассчитаны на малые номиналы 25-32 А. Обладают минимальным функционалом. Стоят дешево и не имеют возможности ручной подстройки тока срабатывания. При некорректной работе их целесообразней заменить новыми, нежели перенастроить.

Дополнительная информация. В дорогих моделях предусмотрен регулятор для корректировки тока срабатывания. Данная процедура проводится в электротехнических лабораториях. Автомат подключается к специальному стенду. Затем ток плавно повышается. Это необходимо, чтобы выяснить при каком значении тока отключается каждое конкретное устройство защиты. А далее, внести корректировки в электромагнитный расцепитель.

Воздушные (силовые или открытые) автоматы

Главные особенности этих устройств — большие размеры, открытое негерметичное исполнение и повышенная номинальная мощность в сравнении с мини моделями. Силовые автоматы широко используются не только для защиты электрических сетей и агрегатов, но и для их включения и выключения.

Воздушный выключатель-разъединитель

Такие выключатели устанавливаются на промышленных распределительных щитах для питания мощных установок на десятки киловатт. Их номиналы достигают значений в 400 А и выше.

Закрытые выключатели

Рассчитаны на повышенную мощность. Применяются для защиты силовых потребителей. Приборы данного класса обладают закрытым герметичным исполнением и сравнительно малыми габаритами. Пригодны в сетях до 3,2 кА и отключаются при КЗ до 35 кА.

Достоинство закрытых устройств защиты заключается в их герметичности. Это свойство допускает их применение в экстремальных условиях тропического климата.

Устройства защитного отключения

В большинстве случаев встречаются в бытовых электросетях. Используются для защиты квартирной проводки от повреждения изоляции, а жильцов от опасного прикосновения к токоведущим частям.

УЗО не предназначено для защиты кабелей от коротких замыканий. Вместо этого оно сравнивает токи, протекающие в фазном и нулевом проводах. Если разница превышает определенное значение, значит, где-то нарушена изоляция или человек коснулся фазного провода. В таком случае электропитание квартиры аварийно отключается.

Дифференциальный автоматический выключатель

Гибридное устройство, обладающее свойствами обычного автомата и полноценного УЗО. Диф автомат одновременно используется для защиты проводки от токов утечки и перегрузок. Такие функциональные возможности позволяют установить в щит вместо двух отдельных устройств защиты одно общее. В результате проводка упрощается и занимает меньше пространства.

Количество полюсов

Бытовым электроприборам для работы необходимо однофазное питание. Достаточно фазного и нулевого провода. Мощные промышленные потребители (станки, печи) работают от трехфазной электросети. Им необходимы 4 провода: 3 фазы и 1 нулевой.

По этой причине и автоматические выключатели производятся в различном форм-факторе. Модели на 1 полюс устанавливают для защиты отдельных однофазных линий. На 2 применяются в качестве вводного устройства защиты квартирных электрощитов. Трехполюсные используются как силовые выключатели в трехфазных сетях. А четырехполюсные — это те же автоматы на 3 полюса, но они имеют дополнительный (4-й) модуль для нулевого провода.

Дополнительная информация. Если под рукой нет двухполюсного автомата, допустимо собрать его из 2 однополюсных. Устройства должны обладать одинаковыми временными и нагрузочными характеристиками. Аналогичным способом собираются выключатели на 3 и 4 полюса.

Выбор провода и автомата по току

Главный критерий выбора проводки и выключателя для защиты — это максимальный допустимый ток в линии. Он определяется поперечным сечением жилы питающего кабеля.

Для медного провода сечением 6 кв. мм длительный допустимый ток равен 46 А. Автоматический выключатель для защиты такой линии выбирается на меньший номинал. Например, 32 или 40 А. Если установить автомат на больший ток, то скорее сгорят провода, чем сработает защита. Поэтому устройство защиты подбирается на меньший ампераж, чем способна выдержать линия.

Другие распространенные номиналы автоматических выключателей по току указаны в таблице.

Номинал автомата защиты — это самое важное, что учитывается при его подборе. Если поставить устройство на слишком малый ток, то оно будет постоянно выключаться без перегрузок проводки. Если на слишком большой, то отключится уже после того, как на проводах обгорит изоляция.

Номинал выключателя указан в его маркировке (C25). Его значение подбирается из расчета на 1-2 порядка меньше, чем предельный допустимый ампераж в линии. Это правило свойственно и для других защитных устройств (УЗО, дифференциальный автомат).

Источник

Как не оконфузиться при выборе автоматического выключателя

Краткая заметка по поводу выбора автоматических выключателей. Искренне надеюсь, что читатель не узнает для себя ничего нового.

У поста есть видеоверсия на моем ютуб канале. Реалии времени заставляют меня делать еще и видео:

Определимся с целью

Номинальный ток

Поняв, что автоматический выключатель должен защитить кабельную линию от протекания тока свыше допустимого, мы должны понять, какой же ток допустимый. Чаще всего ссылаются на вот эту табличку из ПУЭ (таблица 1.3.4):

Но это график конкретного экземпляра автоматического выключателя. В реальном мире, у автоматических выключателей есть разброс характеристик, даже у выключателей взятых из одной коробки. Поэтому на графике изображена область, в которой окажется характеристика случайно взятого автоматического выключателя.

В результате, если взять определенный ток, то мы получим диапазон значений времени, за которое сработает автоматический выключатель. От и до, как например вот здесь:

Думаю очевидно, что в расчетах стоит полагать, что нам попался самый плохой экземпляр, и берется самое худшее значение.

До тока в 1,13 от номинального, расцепления совсем не произойдет (16*1,13=18,08А)

При токе в 1,45 от номинального тепловой расцепитель сработает, но за время менее 1 часа (!). (16*1,45=23,2А)

При токе в 2,55 от номинального тепловой расцепитель сработает за время менее 60 сек. (16*2,55= 40А)

Все это становится понятнее, если взглянуть на график:

Ну и чтобы совсем жизнь мёдом не казалась, стоит добавить, что в зависимости от температуры окружающей среды применяют коэффициенты. На жаре тепловой расцепитель прогревается и срабатывает быстрее, а вот на морозе наоборот.

Еще раз резюмирую: Номинальный ток автоматического выключателя НЕ РАВЕН предельно допустимому току кабеля. Предельный ток кабеля должен вызывать отключение автоматического выключателя в адекватное время.

Тип электромагнитного расцепителя

Дело в том, что некоторые виды потребителей при включении потребляют ток в разы, превышающий ток в рабочем режиме. Например мотор в пылесосе в момент включения кратковременно потребляет ток в 2-3 раза больший, но после разгона мотора, потребление снижается. Возможно вы замечали, как лампочки накаливания слегка притухают в момент включения чего-то как раз из-за этого. Вот график потребления тока мотора пылесоса:

Чтобы эти пусковые токи не заставляли сработать электромагнитный расцепитель, его характеристику сдвинули в зону бОльших токов, что бы такие кратковременные превышения тока были в зоне теплового расцепителя, который в силу своей инерционности такие краткосрочные процессы не замечает.

Вот они на графике:

Есть и другие характеристики (K, Z и т.д) но встречаются крайне редко и под заказ, поэтому опустим их.

Если по какой-то причине стартовые токи кратковременно попадут в зону действия электромагнитного расцепителя то возможны ложные срабатывания. И именно для исключения таких ложных срабатываний и сделали несколько типов характеристик.

Некоторые производители для упрощения указывают стартовые токи, вот например светодиодный драйвер уважаемой фирмы при включении кушает солидные 55А (из-за зарядки конденсатора в блоке питания), производитель даже сразу посчитал, сколько светодиодных драйверов можно подключить параллельно на один автоматический выключатель:

4 штуки с характеристикой В и 7 штук на автомат с характеристикой С. Кто бы мог подумать, что 150 ватт светодиодного света могут вышибать 16А автомат! Ситуация становится еще хуже, если используются некачественные светодиодные светильники, где производитель не только не предусмотрел плавный старт, да даже пусковой ток не регламентирует!

Ток короткого замыкания

А теперь смотрим. В деревне Вилларибо измеренный ток короткого замыкания линии 278 Ампер, и электрик поставил автоматический выключатель С16:

Для определения тока короткого замыкания есть специальные приборы. Показывать современные не интересно, поэтому покажу суровый советский олдскул, который есть у меня. М-417 измеряет сопротивление цепи путем измерения падения напряжения на известном сопротивлении, а ток короткого замыкания необходимо рассчитывать:

Как правило, ток короткого замыкания измеряют при введении линии в эксплуатацию, и планово, раз в несколько лет. Только после измерения тока короткого замыкания можно сказать, правильно ли подобрана защита.

Если ток короткого замыкания будет черезчур большим? Вот тут мы сталкиваемся с отключающей способностью автоматического выключателя. В момент размыкания контактов выключателя загорается электрическая дуга, которая сама по себе проводит ток и гаснет неохотно. Для ее принудительного разрушения в конструкции автоматических выключателей предусмотрены дугогасительные камеры. Вот здесь на высокоскоростной съемке видно как работает дугогасительная камера:

Для наглядности я их разобрал. Большая отключающая способность заставляет не только делать дугогасительные камеры больше, но и усиливать другие конструктивные части, например защиту от прогара вбок.

Отключающая способность автоматического выключателя должна быть больше тока короткого замыкания в линии. Как правило, 6000 А достаточно для большинства применений. 4500А обычно достаточно для работы в линиях старых домов, но может быть недостаточным в новых сетях.

Коммутационная стойкость

При каждом включении/отключении автомата меж контактов загорается дуга, которая постепенно разрушает контактную группу. Производитель часто указывает количество циклов включения/отключения, который должны выдержать контакты:

Отсюда легко видеть, что автоматический выключатель не замена нормальному выключателю при частом использовании. Если пожадничать, и вместо пускателя с контактором заставить сотрудника включать/отключать мешалку дергая автомат по 10 раз в день, то автомат может прийти в негодность менее чем за пару лет. Вот фото автоматического выключателя, контакты которого пришли в негодность из-за большого тока:

Помните, каждая коммутация и срабатывание автоматического выключателя «съедает» его ресурс.

Класс токоограничения

Наверное самая мистическая характеристика. Указывается в виде цифры в квадратике. Про нее в рунете написано мало и чаще ерунда. Класс токоограничения, если упрощать, говорит о количестве электричества, которое успеет пройти через автоматический выключатель при коротком замыкании прежде, чем он отключит цепь, и говорит о быстродействии. Всего классов три:

Селективность

В бытовой серии модульных автоматических выключателей обеспечивать селективность, даже частичную, довольно трудно. Лишь большие и мощные устройства защиты, например на подстанциях, имеют тонкие настройки уставок расцепителей для обеспечения селективности с вышестоящими устройствами защиты.

Да скажи уже что ставить!?

Прежде всего то, что предусмотрено проектом.

Ну а если уж совсем среднестатистический случай с кучей оговорок, то:

Применение автоматического выключателя с характеристикой «C» или «D» вместо «B» должно иметь вескую причину.

Плюшки

Автоматические выключатели разных производителей могут содержать разные приятности/полезности, которые напрямую на защитные функции не влияют, но могут быть полезны:

Это различные шторки/колпачки/крышечки для пломбирования вводного автомата по требованию электросетевой компании.

Это визуальный индикатор фактического состояния контактов, такой индикатор останется красным, если контакты из-за перегрузки сварились

Это окошки для дополнительных нашлепок с электромагнитными расцепителями, контактами

Это дополнительное окошко у клемм для использования гребенки при подключении

Резюме

Номинальный ток автоматического выключателя не равен предельно допустимому для кабеля! В силу особенностей конструкции автоматический выключатель может длительное время пропускать через себя токи значительно больше номинальных и не отключаться.

Разные типы электромагнитных расцепителей позволяют избежать ложных срабатываний, но использовать тип С, и в особенности тип D нужно понимая что к чему.

Если ток короткого замыкания в вашей линии огромен, то отключающая способность автоматического выключателя должна быть еще больше.

А чтобы знать ток короткого замыкания, его нужно измерить специализированным прибором. И только после измерения можно сказать, будет ли правильно работать защита

Хочу сказать спасибо всем, кто принимал участие в рецензировании черновика. Буду рад указаниям на фактические ошибки в статье и ценным дополнениям.

Источник